Тарасов / geokniga-geohistoricaldeodynamicbasinanalysis1999 (1)

а

ю

б

Рис. 1.67. Региональный сбалансированный структурный разрез для Гималайского складчато-надвигового пояса в западном Непале (А ) и его реконструкция для додеформационного времени (Б ) [De Ceet al., 1998].

M FT — главный фронтальный надвиг, М ВТ — главный граничный надвиг, RT — надвиг Рамгарх, DT — надвиг Даделдхура, М С Т — главный центральный надвиг, STDS— Южно-Тибетская система срывов (детачмент). Часть пород при деформации была эродирована. Отметьте различия в масштабах разных рисунков. Современная длина разреза — 115, реконструированная додеформационная длина — 343, величина сокращения при деформациях — 228 км (66 %).

Названия формаций без возрастов'. 1 — группа Сивалик, 2 — формации Сват и Думри, 3 — группа Лакарпата, 4 — формация Галянг, J — формация Ранимата, 6 — формация Кушма, 7 — формации Мелмура и Дамгад, 8 — гнейсы Саляни Гад, 9 — гра­ ниты Даделдхура, 10 — формация Каликхот, 11 — группа Ваикрита (Химал).

С — север, Ю — юг.

Метод может быть корректно применен в случае, если не было пласти­ ческого перетекания вещества; в последнем варианте надо также ре­ конструировать и пластические деформации, что значительно услож­ няет проблему. Практически данные задачи для построения сбаланси­ рованных разрезов можно реализовать с помощью моделей, вылеплен­ ных, например, из пластилина. Более корректно задача решается с по­ мощью специальных компьютерных программ, позволяющих произ­ водить геометрические реконструкции.

Методы построения сбалансированных разрезов заметно услож­ няются для случаев со значительным пластическим перетеканием ве-

147

щества и для конседиментационных деформаций. Например, пока не удается шаг за шагом восстановить историю деформаций для районов

ссолянокупольным диапиризмом.

Впоследние годы построение сбалансированных разрезов — это неотъемлемая часть геологических работ. Они строятся для всех ре­ гионов (рис. 1.66, 1.67). Сбалансированные разрезы являются также естественным контролером работ: если построен геологический разрез и на его основе невозможно восстановить додеформационную струк­ туру чехла, значит, скорее всего, в разрезе имеются принципиальные неточности. Само понятие «сбалансированный» означает такой разрез через деформированную структуру, при «распрямлении» которого вос­ станавливается реальная додеформационная структура.

Одна из важнейших задач анализа осадочных бассейнов — это восстановление шаг за шагом истории деформаций в бассейне и ре­ конструкция его додеформационной структуры. Решение этой пробле­ мы поможет выявить вероятные места скопления полезных ископае­ мых и пути их миграций.

1.7. АНАЛИЗ СЕЙСМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ

Общая характеристика

Методика анализа сейсмических профилей разрабатывается давно. Но ее современное бурное развитие началось после работ П. Вайла и коллег о сейсмической стратиграфии и секвентной стратиграфии [Vail et al., 1977; Vail, 1987; Haq et al., 1987; Wiglus et al., 1988] и публикаций Атласа сейсмической стратиграфии [Bally, 1987; Bally, 1988]. В России значительный вклад в интерпретацию сейсмических профилей внесли В. Я. Кунин, А. Е. Шлезингер, Ю. А. Волож, К. О. Соборнов и многие другие. Так как наиболее детально сейсмическими профилями по от­ раженным волнам изучаются нефтегазоносные бассейны, то значи­ тельная часть информации и методов ее получения остаются конфи­ денциальными. Наиболее подробно методика анализа и терминология разработаны в нефтяных компаниях США и Западной Европы. Поэто­ му здесь за основу возьмем в основном работы П. Вайла и А. Бальди, развитые их последователями [Vail et al., 1977; Vail, 1987; Vail, 1993; Bally, 1987, 1888; Haq et al., 1987; Basin evaluation.., 1991; Wilgus et al., 1988; Van Wagoner et al., 1988]. Будем давать в основном англоязычную терминологию в переводе.

Детальность и качество исходный сейсмических данных крайне важны для точности их геологической интерпретации. Сейсмические

148

данные используются, во-первых, для анализа тектонической (геомет­ рической) структуры бассейна, во-вторых — для анализа сейсмиче­ ской стратиграфии (т. е. для выделения реальных сейсмогеологических или сейсмостратиграфических тел). Основные проблемы в исходных данных для структурного анализа связаны с изучением солянокуполь­ ных структур, надвиговых поясов и подсолевых отложений, а для сейсмостратиграфии — в интерпретации литологического состава по­ род и расположения резервуаров с флюидами (например, нефтью).

Главное достижение интерпретации сейсмических профилей — это то, что мы увидели реальную геометрию геологических тел, про­ слеженную непрерывно на десятки и сотни километров. В настоящее время самое передовое направление сейсмических методов — созда­ ние трехмерной сейсмической картины осадочного бассейна, при ко­ торой мы уже можем анализировать непрерывно прослеженное строе­ ние геологических тел в объеме.

Несогласия

Геометрические соотношения между разными геологическими те­ лами могут быть самыми разнообразными, из этого вытекает слож­ ность введения общепринятых понятий для характеристики их соот­ ношений.

Основные типы несогласий относительно самой поверхности не­ согласия, которые прослеживаются на сейсмических профилях, сле­ дующие (рис. 1 .6 8 ):

эрозионное срезание (erosional truncation) — залегание вышележа­ щих отложений выше поверхности эрозии. Может встречаться в раз­ ных позициях в осадочной толще, но чаще в связи с угловыми несо­ гласиями;

прилегание ши подошвенное пршегание (onlap) — прилегание (прислонение) толщи слоев на моноклинальную поверхность, наклоненную в ту же сторону, что и слои, но более круто. Эта поверхность называется

поверхностью пршегания ши прислонения. Может встречаться, напри­ мер, прилегание к склоновой поверхности с любой геологической структурой, прилегание к бортам эрозионных систем и так далее;

налегание ши подошвенное налегание (downlap) — несогласие, ко­ гда слоистая толща наклонена и к низу утыкается в более пологую по­ верхность. Эта поверхность называется поверхностью налегания (downlap surface). Налегание характерно, например, для подошвы кли­ ноформной серии;

кровельное утыкание (toplap) — срезание моноклинально зале­ гающей толщи сверху более пологой эрозионной поверхностью. Эта

149

поверхность называется поверхностью утыкания (toplap surface). Кро­ вельное утыкание обычно связано с эрозией или перерывом в седи­ ментации;

согласное залегание относительно поверхности несогласия (con­ cordance) — несогласие, когда слоистость параллельна поверхности несогласия (при этом выше- и нижележащие толщи могут быть между собой и несогласны). Выделяются: согласное залегание относительно верхней границы пачки слоев, когда верхняя поверхность толщи па­ раллельна слоям в самой толще и согласное залегание относительно нижней границы пачки слоев, когда нижняя поверхность толщи парал­ лельна слоям в самой толще. Следует заметить, что термин «согласное залегание» (concordance) имеет множество значений, и в данных слу­ чаях всегда особо оговаривается, что слои залегают согласно именно с самой поверхностью несогласия.

Перечисленные типы несогласий встречаются в самых разнообраз­ ных соотношениях.

Относительно кровли

Эрозийное срезание Кровельное утыкание Согласное залегание

Относительно подошвы

Рис. 1.68. Основные типы несогласий относительно самой поверхно­ сти несогласия, принятые в сейсмостратиграфии.

Стрелки показывают окончания рефлекторов (отражающий поверхностей). По [Ba­ sin evaluation..., 1991].

150

Сейсмофации

Понятие «фация» широко используется при анализе осадочных бассейнов. В классической исторической геологии [Леонов, 1980] фа­ ция — это часть слоя, отличающаяся какими-либо особенностями своего состава от других частей (фаций) того же слоя (свиты, слоев). В более широком смысле этого понятия [Selley, 1978] осадочная фа­ ция — это масса осадочных пород, которая может быть определена и выделена от других масс по ее геометрии, литологии, седиментационным структурам, текстурам палеотечений и ископаемым остаткам (фоссилиям). Анализ фаций по сейсмическим данным производится по следующей схеме: в исходном сейсмическом разрезе производится анализ сейсмических секвенций (последовательностей сигналов), да­ лее выделяются сейсмофации (для этого очень важен контроль сейс­ мического профиля данными скважин), и наконец, по всему возмож­ ному комплексу данных выделяются сейсмофации с реальной геоло­ гической интерпретацией. В целом понятие «сейсмофация» должно быть идентично обычным геологическим фациям, распознаваемым в естественных обнажениях. Но пока, понятие более грубое, нежели по­ нятие «фация» «континентальных» геологов, в то же время прогресс сейсмических методов изучения бассейнов позволяет надеяться на бо­ лее полное сближение этих понятий.

Широко приняты следующие типы сейсмофаций [Baldy, 1987, 1988; Basin evaluation.., 1991; Wilgus et al., 1988; П. Циглер, устное со­ общение, 1995] (рис. 1.69):

параллельная слоистость (parallel, sheet) — толща с параллельно залегающими слоями. Такие сейсмофации характерны для осадков на шельфах или в глубоководных бассейнах;

осадочные клинья (призмы) (wedge) — серия осадков, равномерно утолщающаяся в каком-либо направлении (направлениях). Такие сейс­ мофации с близкой к параллельной стратификацией также характерны для осадков на шельфах или в глубоководных бассейнах;

дивергентные серии (divergent) — то же самое, что и осадочные клинья, но с явным утолщением серии осадков;

пластовое облегание (sheet-drape) — серия осадков облегает под­ стилающие топографические поднятия. Такие сейсмофации, вероятно, связаны с неравномерностями постседиментационного уплотнения осадочной толщи с топографически неровной поверхностью их по­ дошвы;

банка (bank) — сейсмофация с внешними границами в виде гео­ логически субплоского тела с пологим склоном. Часто банки сложены

151

Дивергентная

Клиноформа

Прозрачная Хаотическая

Рис. 1.69. Типы сейсмофаций. По [Bally, 1987, 1988; Basin evaluation..., 1991].

клиноформами, в этих случаях они обычно формируются на шельфах и краях шельфов;

клиноформная проградация (клиноформное расчленение и продви­ жение) (clinoform prograding) — сейсмофация с внутренним клино­ формным строением;

заполнение канала (channelfill) — сейсмофация заполнения эрози­ онного канала (трога). Внешние границы сейсмофации обычно выде­ ляются четко, а внутренняя структура бывает часто очень сложной;

холм или курган (mound) — сейсмофация с внешними границами в виде холма (или кургана). Внутренняя структура данной сейсмофации может быть сложной. Обычно это разного типа постройки: биогермы, вулканы, скопления обломочных пород;

линза (lens) — сейсмофация с линзовидными внешними ограниче­ ниями и сложной внутренней структурой. Возможные случаи: обваль­ ные и оползневые накопления, турбидитные конуса выноса (turbidite fans), тела контуритов;

бугристая сейсмофация (hummocky) — сейсмофация с внутренним бугристым строением. Характерна для толщ со сложной внутренней структурой, часто связанной с быстрым перемещением обломочного материала (например, аллювиальные комплексы, конуса выноса);

прозрачная сейсмофация (reflection free) — сейсмофация, в которой не наблюдаются отражающие площадки. Это может быть, например, очень однородная толща с параллельной слоистостью или наоборот —

152

сложноустроенная и даже деформированная толща, в которой не обо­ собилось крупных субгоризонтальных отражающих площадок.

Терригенные (обломочные) осадки образуют большое разнообра­ зие сейсмофаций параллельной слоистости, холмов и так далее. При их интерпретации широко используется понятие энергия седимента­ ции; осадки с высокой энергией седиментации — это те, которые оса­ ждаются из быстрых потоков (например, турбидиты), а осадки с низ­ кой энергией седиментации — осажденные в условиях спокойной гид­ родинамики. Наиболее четко на профилях видны осадки переслаива­ ния слоев с высокой и низкой энергией (рис. 1.70). Сейсмофации за­ полнения каналов также разнообразны. Некоторые их примеры пока­ заны на рис. 1.71.

Широкая сейсмофация, пологий холм,

разная амплитуда и протяженность (осадки с разной энергией)

Рис. 1.70. Примеры сейсмофаций для обломочных пород. По [Bally, 1987,1988; Basin evaluation..., 1991].

Рис. 1.71. Примеры сейсмичес­ ких фаций заполнения каналов. По [Bally, 1987,1988; Basin evaluation..., 1991].

153

Рис. 1.72. Идеализированная блок-диаграмма, показывающая пози­ цию карбонатных построек на шельфе, и примеры сейсмофаций для кар­ бонатных построек. По |Bubb J. N., Hatlelid W. G., 1977), с изменениями.

Карбонатные постройки дают значительное разнообразие сейсмо­ фаций в основном типа холмов и банок. Некоторые примеры карбонат­ ных построек и их позиции на сейсмических профилях показаны на рис. 1.72.

С ейсм остратиграф ия и секвентная стратиграфия

Сейсмостратиграфия — это использование данных сейсмических профилей для анализа стратиграфии и фаций осадочных бассейнов. Ее

154

бурное развитие началось в семидесятые годы. Техника сейсмостратиграфического анализа состоит в следующей процедуре [Vail et al., 1977; Basin evaluation.., 1991]: 1) анализ сейсмического профиля и выделение сейсмических секвенций (последовательностей, серий), т. е. выделение границ тел в полях волновой картины; 2) корреляция с данными имею­ щихся скважин и привязками волновой картины к реальным геологиче­ ским границам; 3) выделение и анализ сейсмических фаций; 4) интер­ претация литофаций в связи с сейсмическими секвенциями; 5) сейсми­ ческое моделирование, т. е. компьютерное моделирование волновой кар­ тины в случае, если принятая интерпретация справедлива; 6) оконча­ тельная интерпретация и выделение стратиграфических единиц.

Прогресс сейсмической стратиграфии в семидесятые годы стал тормозиться значительными трудностями в интерпретации профилей на пассивных континентальных окраинах. Стало выясняться, что гло­ бальные колебания уровня Мирового океана с частыми чередованиями трансгрессий и регрессий приводят к очень сложной картине строения пассивных окраин на уровне сейсмофаций. Оказалось, что стратигра­ фия осадочных бассейнов в значительной степени контролировалась глобальными эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана и что границы на профилях («сейсмические события») отражают хроно­ стратиграфию, а не литостратиграфию, т. е. на сейсмических профилях хорошо читаются изохронные поверхности.

Сейсмостратиграфия дала начало секвентной стратиграфии (sequ­ ence — последовательность, ряд), т. е. стратиграфии последовательных седиментологических рядов, единиц или формаций. Понятие секвен­ ция ввел в 1963 г. Л. Слосс для трансгрессивно-регрессивных серий Северо-Американской платформы. Секвенция — это трансгрессивно­ регрессивная серия осадков, ограниченная снизу и сверху несогласия­ ми. Масштаб секвенции может быть разным. В секвентной стратигра­ фии значительное место занимает анализ секвенций, связанных с эв­ статическими колебаниями уровня Мирового океана [Vail, 1987, 1993; Haq et al., 1987]. При этом во время повышения уровня океана и транс­ грессии, а затем падения уровня океана и регрессии в областях пере­ хода от континента к океану сильно меняются пути, по которым транспортируется обломочный материал с суши в моря. Системы пу­ тей транспорта осадочного материала с суши в моря вместе с нако­ пившимися осадками называются системами трактов (пространств) (systems tracts); другими словами, системы трактов — это сообщество одновременной седиментации.

Понятия секвентной стратиграфии на русском языке разработаны пока недостаточно, англоязычная терминология быстро развивается, но пока не устоялась и сложна для восприятия; здесь будем базиро-

155